CN112194892A - 一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，包括以下重量份数的原料：尼龙树脂30‑45份；导热填料20‑30份；增量填料10‑20份；增强材料10‑20份；增韧剂2‑5份；增白填料2‑5份；润滑剂0.5‑1.5份；复配抗氧剂0.1‑0.3份；成核剂0.05‑0.2份。制备方法将除增强材料外的其它材料先高速混合均匀，再将混合材料和增强材料分别投入双螺杆挤出机的主、侧喂料口，最终成型。本发明通过对于生产配方的改进，在原料中加入大量的增量填料用于控制成本，同时配方的改进实现各原料间的合理搭配使用，使得成型产品仍然具有良好的流动性和机械性能，以解决现今低成本的导热阻燃尼龙因填充过多无机填料而导致流动性偏低、性能下降的问题。

Description

一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是指一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着上游供应商原材料的上涨，加上下游客户对于采购成本的控制，以及同行对于导热阻燃尼龙复合材料报价激烈竞争，导致导热阻燃尼龙复合材料的利润空间不大。因而，中游制造商为了降低尼龙复合材料的制造成本，通常是在尼龙填充入各种增量材料。为了兼具阻燃导热特性，又在尼龙中填充了大量导热填料。大量无机填料的加入，导致尼龙复合材料流动性偏低并且整体性能偏低。由于流动性偏低，使用这样低成本尼龙复合材料，注塑成型过程往往需要耗时耗力调整注塑工艺。此外，由于尼龙复合材料整体性能偏低，这使得注塑成型的LED灯具结构件往往通过不了下游客户的很多LED灯具性能测试项目。这些因素限制了低成本导热阻燃尼龙复合材料进一步使用推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料及其制备方法，在控制生产成本的同时还能保证成型产品具有良好的流动性和机械性能。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，包括以下重量份数的原料：尼龙树脂30-45份；导热填料20-30份；增量填料10-20份；增强材料10-20份；增韧剂2-5份；增白填料2-5份；润滑剂0.5-1.5份；复配抗氧剂0.1-0.3份；成核剂0.05-0.2份。
所述尼龙树脂包括特征粘度是1.7dL/g、2.0dL/g、2.4dL/g的尼龙6中的至少一种。
所述导热填料包括氢氧化镁、氮化硼、氧化镁中的至少一种。
所述增量填料为滑石粉，增强材料为玻璃纤维。
所述增韧剂包括乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐中的至少一种。
所述增白填料包括二氧化钛、硫化锌、硫酸钡中的至少一种。
所述润滑剂包括乙撑双脂肪酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚蜡、硅酮母粒、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
所述复配抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂混合制成；其中，主抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，辅抗氧剂包括抗氧剂626、抗氧剂168中的至少一种。
所述成核剂包括褐煤酸钠盐、二氧化硅、蒙脱土中的至少一种。
一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述尼龙树脂、导热填料、增量填料、增韧剂、增白填料、润滑剂、复配抗氧剂和成核剂通过高速混合机高速混合均匀，得到混合材料；
步骤二、将所述混合材料加入双螺杆挤出机的主喂料口、所述增强材料加入双螺杆挤出机的侧喂料口，经熔融、挤出、冷却、干燥、切粒成粒料。
采用上述技术方案后，本发明通过对于生产配方的改进，在原料中加入大量的增量填料用于控制成本，同时配方的改进实现各原料间的合理搭配使用，使得成型产品仍然具有良好的流动性和机械性能，以解决现今低成本的导热阻燃尼龙因填充过多无机填料而导致流动性偏低、性能下降的问题，并且保证成型产品所应用的LED灯具结构件能够通过相关性能测试。
此外，本发明中适量氢氧化镁的加入，使得尼龙复合材料具备良好散热能力和阻燃能力；更重要的是，加入适量低成本的滑石粉，使得尼龙复合材料的成本大大降低；通过不同粘度的尼龙树脂、玻璃纤维、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐等主要原料合适配比，使得尼龙复合材料兼具良好的流动性，从而得到易于注塑成型并且是高性能的LED灯具结构件。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
本发明包括一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，包括以下重量份数的原料：尼龙树脂30-45份；导热填料20-30份；增量填料10-20份；增强材料10-20份；增韧剂2-5份；增白填料2-5份；润滑剂0.5-1.5份；复配抗氧剂0.1-0.3份；成核剂0.05-0.2份。
上述尼龙树脂包括特征粘度是1.7dL/g、2.0dL/g、2.4dL/g的尼龙6中的至少一种。
上述导热填料包括氢氧化镁、氮化硼、氧化镁中的至少一种。在材料中引入适量的氢氧化镁作为导热填料，可以赋予尼龙复合材料良好的阻燃性和导热特性。
上述增量填料为滑石粉，增强材料为玻璃纤维。其中滑石粉作为一种低成本的增量填料，使得尼龙复合材料成本大大降低。
上述增韧剂包括乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐中的至少一种。
上述增白填料包括二氧化钛、硫化锌、硫酸钡中的至少一种。
上述润滑剂包括乙撑双脂肪酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚蜡、硅酮母粒、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
上述复配抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂混合制成；其中，主抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，辅抗氧剂包括抗氧剂626、抗氧剂168中的至少一种。
上述成核剂包括褐煤酸钠盐、二氧化硅、蒙脱土中的至少一种。
上述方案中，本发明通过对于生产配方的改进，在原料中加入大量的增量填料用于控制成本，同时配方的改进实现各原料间的合理搭配使用，使得成型产品仍然具有良好的流动性和机械性能，以解决现今低成本的导热阻燃尼龙因填充过多无机填料而导致流动性偏低、性能下降的问题，并且保证成型产品所应用的LED灯具结构件能够通过相关性能测试。
此外，本发明中适量氢氧化镁的加入，使得尼龙复合材料具备良好散热能力和阻燃能力；更重要的是，加入适量低成本的滑石粉，使得尼龙复合材料的成本大大降低；通过不同粘度的尼龙树脂、玻璃纤维、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐等主要原料合适配比，使得尼龙复合材料兼具良好的流动性，从而得到易于注塑成型并且是高性能的LED灯具结构件。
本发明还包括一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将尼龙树脂、导热填料、增量填料、增韧剂、增白填料、润滑剂、复配抗氧剂和成核剂通过高速混合机高速混合均匀，得到混合材料；
步骤二、将混合材料加入双螺杆挤出机的主喂料口、增强材料加入双螺杆挤出机的侧喂料口，经熔融、挤出、冷却、干燥、切粒成粒料。
上述双螺杆挤出机的螺筒各分区温度保持在180-250℃，螺杆转速为350rpm。
以下通过具体的实施例和对比例来说明本发明的技术效果。
实施例1
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：13份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：2.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例2
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：15份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：2.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例3
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：17份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：2.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例4
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：15份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：3.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例5
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：15份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：4.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例6
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g：1.7dL/g用量比2：1)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：15份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：3.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.15份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
实施例7
(1)按重量份称取各组分：尼龙6(粘度为2.0dL/g：1.7dL/g用量比1：1)：36份，氢氧化镁：30份，滑石粉：12份，玻璃纤维：15份，乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐：3.5份，二氧化钛：2.5份，乙烯-丙烯酸共聚蜡：0.5份，硅酮母粒：0.5份，抗氧剂1098：0.15份，抗氧剂626：0.15份，褐煤酸钠盐：0.2份。
(2)将玻璃纤维以外的原料在高速混合机中混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口喂入，再通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度在180-250℃，螺杆转速为350rpm，然后冷却、干燥、切粒成粒料即得产品。
各实施例的测试性能情况如下表：
Figure BDA0002669376170000121
Figure BDA0002669376170000131
注a：将各个实施例材料注射成LED灯具结构件(各5pcs)，进行锁螺丝测试后查看螺丝柱有无开裂现象。
b：将各个实施例材料注射成LED灯具结构件(各5pcs)，于1m高度出进行跌落试验后查看螺丝柱有无开裂现象。
c：将各个实施例材料注射成LED灯具结构件(各5pcs)置于设定参数为-30℃放置30min和-120℃放置30min冷热冲击烘箱中，如此500个循环后查看各个实施例的开裂情况。
由实施例1-7测试结果来看，实施例1-7出于降成本的目的，都填充了低成本的滑石粉；实施例1-7也填充了氢氧化镁，其尼龙复合材料也都展现了良好导热阻燃特性。由实施例1、2和3测试结果可知，只有一定含量玻璃纤维加入，才能使得尼龙复合材料整体机械性能得到提高；过多玻璃纤维的加入，比较难以兼顾刚性、韧性及流动性。通过实施例3、4和5对比，只有适量的增韧剂加入，才能比较好平衡尼龙复合材料强度、韧性、阻燃性和流动性；故从实施例3、4和5测试结果来看，实施例4综合性能更优些，从而其锁螺丝测试、跌落测试和高低温冲击测试通过率较高。从实施4、6和7结果来看，由于实施6不同粘度尼龙树脂合适配比，使得实施6尼龙复合材料具有良好流动性及并且其注塑出来LED灯具结构件能通过锁螺丝、跌落和高低温冲击等测试；总之，填充了滑石粉的实施例6尼龙复合材料兼具了低成本和高性能，在市场上更具有竞争力。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
包括以下重量份数的原料：尼龙树脂30-45份；导热填料20-30份；增量填料10-20份；增强材料10-20份；增韧剂2-5份；增白填料2-5份；润滑剂0.5-1.5份；复配抗氧剂0.1-0.3份；成核剂0.05-0.2份。
2.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述尼龙树脂包括特征粘度是1.7dL/g、2.0dL/g、2.4dL/g的尼龙6中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述导热填料包括氢氧化镁、氮化硼、氧化镁中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述增量填料为滑石粉，增强材料为玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述增韧剂包括乙烯丙烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述增白填料包括二氧化钛、硫化锌、硫酸钡中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述润滑剂包括乙撑双脂肪酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚蜡、硅酮母粒、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述复配抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂混合制成；其中，主抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，辅抗氧剂包括抗氧剂626、抗氧剂168中的至少一种。
9.如权利要求1所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料，其特征在于：
所述成核剂包括褐煤酸钠盐、二氧化硅、蒙脱土中的至少一种。
10.如权利要求1至9任一所述的一种低成本高性能的导热阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述尼龙树脂、导热填料、增量填料、增韧剂、增白填料、润滑剂、复配抗氧剂和成核剂通过高速混合机高速混合均匀，得到混合材料；
步骤二、将所述混合材料加入双螺杆挤出机的主喂料口、所述增强材料加入双螺杆挤出机的侧喂料口，经熔融、挤出、冷却、干燥、切粒成粒料。
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